水泥刨花板快速固化添加劑的選擇研究--氯化鈣、硅酸鈉等7種添加劑的添加效果

浙江林學(xué)院學(xué)報2002，10(1):5~8Journal of Zhejiang Forestry Colege文章編號: 1000-5692 2002 )01-0005-04水泥刨花板快速固化添加劑的選擇研究氯化鈣、硅酸鈉等7種添加劑的添加效果葉良明,金永明，傅深淵,李延軍(浙江林學(xué)院林產(chǎn)工業(yè)系,浙江臨安311300)摘要:通過(guò)熱壓法制水泥刨花板的試驗,研究了在3種添加量條件下,氯化鈣、硅酸鈉等7種添加劑的添加效果。結果表明:①7種添加劑中添加效果最好的是氯化鈣,其次為硅酸鈉,但后者的成板性?xún)?yōu)于前者, 對金屬無(wú)腐蝕作用,作為水泥刨花板快速固化的添加劑是合適的;②在研究的范圍內,添加劑用量對水泥刨花板的性能也有一定 影響,但因種類(lèi)而異應當通過(guò)進(jìn)-步的研究來(lái)選擇硅酸鈉的合適添加量;③后期處理方式對水泥刨花板性能的影響因添加劑的種類(lèi)而異。浸水處理會(huì )使添加氯化鈣的水泥刨花板性能顯著(zhù)提高。表1參6關(guān)鍵詞:水泥刨花板;熱壓法;快速固化;助劑;添加劑效應中圖分類(lèi)號: TS653文獻標識碼: A水泥刨花板的生產(chǎn)已有30a以上的歷史1。由于綜合了木材與水泥二者的特性,水泥刨花板自質(zhì)量輕,強度高,剛性好,尺寸穩定,而且耐水、耐火、隔音、耐腐,有良好的機械加工性能,不含甲醛等有害物質(zhì)12] ,具有良好的長(cháng)期性能3] ,是一種環(huán)保節能型的輕質(zhì)建筑材料。近10 a來(lái),國際上除用傳統的半干法工藝生產(chǎn)水泥刨花板外,正在大力研究水泥刨花板快速固化的工藝技術(shù)，如1989年芬蘭Rauma-Repola公司和匈牙利Falo 公司合作發(fā)明的二氧化碳氣體噴射法生產(chǎn)水泥刨花板24]。國內也曾開(kāi)展了這方面的研究41和熱壓法水泥刨花板生產(chǎn)的實(shí)驗研究5]。本研究則使用普通熱壓機熱壓法,探討添加不同的添加劑后熱壓法制水泥刨花板的可能性,并通過(guò)性能測試選擇適用的添加劑。.1材料和設 備1.1 材料水泥: 525號普通硅酸鹽水泥,取自浙江省第一建筑工程公司。刨花:杉木Cunninghamia lanceolata機床(開(kāi)榫機)刨花,厚0.2~0.5 mm,長(cháng)20~ 38 mm,寬2~4 mm ,堆積密度很低,極為蓬松。含水率16% ~ 17.40取白杭州木林廠(chǎng)添加劑: CaCl2 , NaHCO3 , Na2Si03 , MgCl2 , Al(SC中國煤化工劑商店，分析純。此外,還有鈣基膨潤土和鈉基膨潤土(臨安膨潤土礦)FYHCNMHG”收稿日期: 2001-09-13;修回日期: 20-11-23基金項目”九五”浙江省科學(xué)技術(shù)廳重點(diǎn)資助項目( 962102065 )作者簡(jiǎn)分月嫂撼1942- ),男,浙江溫嶺人,教授,從事人造板工藝與改性研究。浙江林學(xué)院學(xué)報2002年3月1.2 設備QD-100型試驗壓機, MW_4型木材萬(wàn)能力學(xué)試驗機。2試驗方法2.1 流程實(shí)驗室制板到板材性能測試的流程如下:刨花設備- >拌合-→拌合-→拌合→人工鋪裝-→熱壓→后期處理-→ 試件鋸割-→性能測試。添加劑水泥將秤量好的刨花加入定量的添加劑用人工拌合均勻后,加入定量的水泥,再用人工拌合均勻。然后加入定量的自來(lái)水進(jìn)行拌合至均勻為止。拌合均勻的混合物料用手工在鋪裝框內鋪裝成板坯,并裝入熱壓機熱壓成型。熱壓成型的水泥刨花板在室溫條件下自然堆放養護,并按要求進(jìn)行后期處理后,鋸成不同規格的試件進(jìn)行物理力學(xué)性能測試。2.2 原料用量的計算水泥和木質(zhì)材料的用量參照經(jīng)驗公式6] :m。=[o d(1 + 1.25 p)]x 1.10m。=P.m。其中:v為板的體積,d 為板材的設計密度,P為水泥/刨花的比值取2.6 ,m。 為絕干刨花的質(zhì)量.m。 為水泥的質(zhì)量。p為水/水泥的比值取0.6。2.3設計參數板材厚度9mm,設計密度1.10gcm-3,幅面300mmx300mmo.添加劑的加入量取3個(gè)水平,分別為水泥質(zhì)量的1.33% , 3%和5%。熱壓工藝參數:熱壓溫度100~110 C ,熱壓時(shí)間15 min,熱壓壓力3.0 MPa ,卸壓時(shí)間4 mino2.4 后期處理后期處理分2種方法: -是熱壓卸板自然養護至一定時(shí)間后干燥至一定含水率。二是先自然養護一定時(shí)間 , 再在水中養護一定時(shí)間后干燥至-定含水率。2.5 性能測試參照試驗當時(shí)的刨花板國家標準GB/T4897-1992 ,結合板材的幅面鋸取試件,測試板材的含水率、密度、吸水厚度膨脹率、抗彎彈性模量、靜曲強度和平面抗拉強度。各試驗做2次,結果取平均值。.3結果和分析試驗結果如表1所示。3.1 密度由表1可見(jiàn),試制的水泥刨花板的密度與設計密度有-定的差距,且相互間也有一定差距。 但不同的添加劑與不同的添加量對密度的影響并不十分明顯。這-方面是由于手工鋪裝不均勻,而且板的含水率也有差異,另一方面是由于卸壓后板的初始強度,尤其是內結合的強度很低,不足以克服卸壓時(shí)的回彈力, 因而板材的厚度回彈較大,導致密度下降。這就說(shuō)明,在熱壓法制水泥刨花板的過(guò)程中,保證板坯鋪裝的均勻性,并采取相應的工藝技術(shù)措施,提高卸壓后板材的初始強度,尤其是內結合強度,從而減少板材卸壓后的回彈,對于保證板的密中國煤化工是十分重要的。應當指出的是,板材在卸壓后產(chǎn)生較大的回彈與刨.CHCN MH Q中使用的刨花結構形態(tài)上板為蓬松,不可能對回彈沒(méi)有影響。因此,刨花的結構形態(tài)對十板材卸壓后回彈的影響也是不容忽視的。.3.2 線(xiàn)性膨脹率和厚度膨脹率由水泥刨藥板的物理力學(xué)性能可以看出,不同的添加劑對板的厚度膨脹率有較大的影響,而對線(xiàn)第19卷第1期葉良明等:水泥刨花板快速固化添加劑的選擇研究7性膨脹率則無(wú)明顯的影響。7種表1水泥刨花板的物理力學(xué)性能添加劑中添加CaCl2 ，Na2Si0, ,Table 1 Phys-mechanical properties of cement-bonded wood chipboardMgCl,的厚度膨脹率較小，其余添加劑密度/含水線(xiàn)性厚度彈性模量靜曲強.平面抗膨脹膨脹拉強4種則較大。實(shí)際上,從厚度膨及處理(g cm-3)率/%率/%率/%( x10 )MPa 度/MPa度/MPa脹率的大小可以間接判斷使用不AIA1.2111.40.212.630.784.30.11同添加劑的板材的內結合強度等1.1811.60.151.14.150.10的大小。厚度膨脹率大的,內結AI01.1712.30.231.44.1.094.80.131.161.570.740.14合強度等就小。如添加鈉基膨潤All1.1513.81.361.766.8土、鈣基膨潤土和Al, (SO4》+15.90.161.23.56Ca( 0H) , NaHCO3的水泥刨花BI^1.1912.70.192.390.82.1B1.220.89.88板，其厚度膨脹率較之添加BII “1.242.290.964.00.08CaCl、Na2Si03 和MgCl2的明顯14.10.121.13.760.07要大得多,因而后者的內結合強13.00.173.800.9913.91.900.79.0度等就明顯的較前4種添加劑的CI4.100.753.60.06為大。C14.83.090.862.30.04隨著(zhù)添加量的增加,制得的CIl.11.53.630.3.0.0311.92.82.861.5水泥刨花板的線(xiàn)性膨脹率和厚度11.20.204.23).623.1膨脹率的變化則因添加劑而異。CIll4.如添加CaCl2 , Na2Si03和MgCl2DI12.60.182.61.602.50.04 .的水泥刨花板,隨添加劑量增D13.30.222.52.572.DII42.700.950.05 .加,板的線(xiàn)性膨脹率和厚度膨脹DII13.10.582.6率減少,鈣基膨潤土、鈉基膨潤2.380.492.660.66土卻有相反的趨勢。這主要是添I^1.870.37加劑本身的性能不同之故。對于EI3.50.05不同的后期處理,也表現出相同Ell “1.59).86Ell0.730.643.0的現象,即不同的處理對線(xiàn)性膨GI'13.73.690.88脹率和厚度膨脹率的影響也因添cI1.1214.63.750.87加劑種類(lèi)的不同而有不同的結13.53.391.373.7GII14.72.911.325.0果。CIl a2.411.283.3 靜曲強度和彈性模量3.063.2靜曲強度( MOR )和彈性模HI 01.920.700.80量( MOE)是衡量水泥刨花板性HI1.2012.01.103.4H I41.711.05能的重要指標。由表1數據可以15.11.80看出添加劑的種類(lèi)對板的靜曲強HIA2.210.945.2度和彈性模量有顯著(zhù)的影響。在Hll14.40.15.1.075.70.09研究的7種添加劑的添加量范圍說(shuō)明: A為CaCl2 , B為鈉基膨潤土, c為鈣基膨潤土, D為NaHCO3, E為MgCl2, G為Ab(S04) +Ca( 0H)2 , H為Na2SiO, ;△表示板坯經(jīng)水中養護內,以添加CaCl的水泥刨花板MOR最好, MOE最高,其次為Na2SiO3 和Ab(SO4) +中國煤化工添加量的大小對MOR和MOE的影響,與對線(xiàn)性膨YHCNMHG-樣,因添加劑的種類(lèi)而異。在研究的范圍內,隨CaCl2添加量的增加, MOR與MOE明顯提高。對Na2Si03和Al2(SO, )而言,則隨其添加量的增加, MOR與MOE亦有提高,但不如CaCl2。這可能如3.2節所述,與添加劑本身的性能有關(guān),另-方面也可能與添加量的添加范圍有關(guān)。后期處理對MOR和MOE的影響也有類(lèi)似的現象浙江林學(xué)院學(xué)報2002:年3月3.4 平面抗拉強度平面抗拉強度(IB)反映了水泥刨花板內部的結合強度,是水泥刨花板的又-項重要的性能指標。從實(shí)驗數據可見(jiàn),添加劑的種類(lèi)對IB的影響是顯著(zhù)的。7種添加劑中以CaCl,和Na2Si0,的效果最佳。這與課題組對親和性研究的結果是--致的。后期處理與添加量大小對IB的影響并不明顯。這可能與試制的水泥刨花板的回彈較大有關(guān)。最后要指出的是從熱壓后板坯的成板性來(lái)看，以Na2SiO3為添加劑的水泥刨花板的初期剛性最好,因而在生產(chǎn)中便于運輸。這主要是NaSiO,不僅有改善親和性的作用,而且具有促進(jìn)水泥快凝的作用,能在木質(zhì)材料表面形成膜狀物,從而阻止木質(zhì)材料中可溶物的析出。4結論通過(guò)上述分析可得出以下結論:①7種添加劑添加效果最好的是CaCl ,其次為Na2SiO。但后者的成板性?xún)?yōu)于前者對金屬無(wú)腐蝕作用,作為水泥刨花板快速固化的添加劑是合適的。②在研究的范圍內,添加劑的用量對水泥刨花板的性能也有一定影響 ,但因種類(lèi)而異,應當通過(guò)進(jìn)一步的研 究來(lái)選擇Na,Si0,的合適添加量。③后期處理方式對水泥刨花板性能的影響因添加劑的種類(lèi)而異。浸水處理會(huì )使添加CaCl2 的水泥刨花板性能顯著(zhù)提高。參考文獻:[1] Molemi A A. 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So it is a suitable fast curing additive for cement particle board.②A(yíng)ddition amount influences cement particle board properties differently according to additive kinds. A furtherstudy is needed on appropriate Na2 SiO3 amount.③Post-treatments influenced cement particle board propertiesdifferently according to additive kinds. It can improve performances of cement particle board added with CaCl2 afterit is soaked in water.中國煤化工MHCNMHGKey words : cement particle board ; hot pressing ; fast curing ; additive ; effect of additive